JPS6136881A - パタ−ン判別装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の属する技術分野〕 この発明は、未知パターンの標準パターン（テンプレー
ト）との整合の度合からパターン判別を行なうテンプレ
ートマツチング方式を拡張したマルチウィンドウ式パタ
ーン判別装置、特にその改良に関するものである。

〔従来技術とその問題点〕

マルチウィンドウ方式のパターン判別装置は種々の提案
がなされていて明らかなように、１つの画面視野内に対
象パターンの観測領域、すなわちウィンドウＣ窓）領域
を設定し、このウィンドウ内で所定の画像特徴を計測し
てウィンドウ毎にその特徴量を所定のしきい値（判定基
準）と比較することによりパターンの良否を判定し、さ
らＫ。

所定のウィンドウ間の組合せについては特徴量の相関演
算を行ない、この相関演算値に対して別の所定しきい値
（判定基準）と比較することによりパターンの良否を決
定するものである。このためには、対象パターンを撮像
する撮像装置（例えば、工業用テレビジョン（ＩＴＶ）
カメラ）からの信号を２値化し、この２値化情報から画
像の特徴量を抽出するとともに１画像視野内での対象パ
ターン像の位置を検出し、この位置情報にもとづいてウ
ィンドウをかける領域の補正（位置の正規化）を行なっ
た後、設定されたウィンドウ内で所定の画像特徴を計測
することが行なわれる。なお、マルチウィンドウ方式の
パターン判別装置について、必要ならば、特願昭５７−
７１４９９．７１５００号等を参照されたい。

ところで、対象パターンが複雑な形状、飼えば立体形状
でこれを見る角度によってはその形状が全く異なる場合
には、特定の１方向からだけでなく多くＯ視野方位（視
野角度）から観測して、その観測結果を総合して判断し
た方が判定精度の向上を図る点からも望ましい。このた
めには、上記の如きマルチウィンドウ方式のパターン判
別装置をｖＩ数系列設けることが考えられるが、このよ
うにすると装置構成がぼう大なものとなるばかりでなく
、経費が掛かりすぎるという難点がある。また、対象パ
ターンの形状がその視野角度や検査対象位置（領域）に
よって全く異なる場合は、その良否判定のための判定基
準も形状や位置に応じて変える必要があるが、上述の如
き１パターンを対象とする判別装置では対処することが
できない。

という問題点がある。

〔発明の目的〕

この発明はかかる諸点に鑑みてなされたもので、検査対
象パターンの形状や検査位置に関係なくその画像情報を
高分解能をもって高精度に抽出することができ、かつ個
々の画像情報毎に適切な判定基準をもってその判定を行
なうことが可能な、不整でしかも安価なパターン判別装
置を提供することを目的とする。

〔発明の要点〕

この発明は、マルチウィンドウ方式のパターン判別装置
において、対象パターンを互いに異なる視野角度から撮
像する撮像手段と、これを順次選択する選択手段と、パ
ターン判別を行なうための２値化しきい値、撮像画面内
のパターン位置、ウィンドウおよび判定基準の各種判別
情報を記憶するメモリと、該メモリの内容を指示１選択
する指示・選択手段とを設け、撮像手段と各種情報との
組み合わせを適宜に指示２選択することにより、検査対
象パターンの形状や検査位置に応じて適切な判定基準を
与えて画像情報を高分解能をもって高精度に抽出するこ
とができるようにしたものである。

〔発明の実施例〕

第１図はこの発明の実施例を示す構成図である０同図に
おいて、１１．１２は判別対象物パターン、２１〜２Ｎ
は工業用テレビジョン（ＩＴＶ）カメラの如き撮像装置
、３はＴＶカメラ選択回路、４は／ぐターン判別回路、
５はパネル設定部、６は情報選択制御回路、７Ｃ７Ｌ〜
７４）は情報選択回路、８（８１〜８４）はメモリであ
る０また、ノぐターン判別回路４は２値化回路４１、画
面分割回路４２、画像メモリ４３、画像位置検出・補正
回路４４、ウィンドウ発生回路４５、アンドゲート４６
、特徴抽出回路４７、特徴データメモリ回路４８および
判別回路４９等から構成される装置以下、第１図を参照
してその動作を説明する。

対象物パターン１１．１２はこ−では互いに異なる搬送
ライン上を流れて来るものであり、図示されない搬送装
置によってそれぞれ独立にＴＶカメラ２１〜２Ｎの撮像
視野内に運ばれる。ＴＶカメラはこ＼では一方のライン
については２１　、２２の２個、他方のラインについて
は２Ｌ、２Ｍ、２Ｎの３個であるが、一般的にはそれぞ
れＮ個ずつ設けられ、対象パターンの光学的ＷＩｇｌを
逐次走査して電気信号に変換する。各ＴＶカメラからの
Ｍｌ、像信号はカメラ選択回路３に導びかれ、こ＼でそ
の１つだけが選択されてパターン判別回路４に与えられ
る。この選択は情報選択制御回路６からの指形成される
。すなわち、各ＴＶカメラには所定の番号を予め付けて
おくとともに、その視野内に対象パターンが到達したこ
とを検出して信号Ｓ１を発する如く構成しておくことに
より、情報選択制御回路６は、該信号Ｓ１から選択すべ
きＴＶカメラ番号を指示することができる。また、回路
６に導かれている信号５２１ｊ図示されない他の装置か
ら与えられ、複数個ある対象パターンが何であるかを表
わす信号である。パネル設定部５は例えばキーボードを
備えていて、これら信号８１，８２と後述する判別情報
との対応関係を設定するもので、選択されたＴＶカメラ
からの撮像信号をどのように処理２判別するかを決定す
る。撮像信号をどのように処理１判別するかを表わす情
報（以下、パターン判別情報または単に判別情報ともい
う。）は、例えばＡ１〜Ａｎ、Ｂ１〜Ｂｎ、Ｃ１〜Ｃｎ
、Ｄ１〜Ｄｎの如くメモリ８に記憶されており、このう
ちの所望のものが情報選択回路７を介して読み出され、
パターン判別回路４０所定部分に与えられる。

なお、Ａ　（Ａ１〜Ａｎ）は撮像信号を２値化するため
のしきい値レベル情報、Ｂ（Ｂ１〜Ｂｎ）は撮像画面内
のパターン基準位置情報、Ｃ（Ｃ１〜Ｃｎ）はウィンド
ウ情報、Ｄ（Ｄ１〜Ｄｎ）は判定基準情報である。

一方、パターン判別回路４では、カメラ選択回路３を介
して選択された撮像信号を２値化回路４１にて適当なレ
ベルに増幅し２値化することにより２値化画像を作成す
るが、このときの２値化しきい値情報Ａが情報選択回路
７１を介して２値化回路４１に与えられる。この２値化
画像は画面分割回路４２により所定数の画素に分割され
て画像メモリ４３に記憶されるとともに、撮像画面内に
おけるパターンの２次元座標位置が画像位置検出回路４
４により検出される。この位置データはウィンドウ発生
回路４５に与えられ、これによりウィンドウの発生タイ
ミングが補正される。つまり、対象パターンの観測領域
を表わすウィンドウ情報Ｃが情報選択回路７３を介して
ウィンドウ発生回路４５に与えられるが、この情報は撮
像画面の所定の点を基準にして与えられる。しかるに、
画像位置検出回路４４を介して検出されるパターン位置
は一般に変動するので、これにもとづいてウィンドウの
発生位置を補正（位置の正規化）しなければならない。

このため、位置検出・補正量ｊ！ｉ！ｉ４４に対して基
準となる位置情４１Ｂを与え、この情報と検出回路４４
との比較から補正量を求めてウィンドウ情報を補正する
ようにする。ウィンドウ発生回路４５からの出力と、画
像メモリ４３からの出力とはアンドゲート４６にて論理
積がとられ、これによって特徴抽出回路４７では所定形
状のウィンドウ領域内における面積値等の特徴量データ
が計測される。なお、この特徴抽出回路４７は公知の如
く二次元局部メモリ、二次元局部演算回路およびカウン
タ等により構成することができる。

こうして得られる部分的ン）特徴データは、メモリ４８
に記憶される。判別回路４９は、メモリ４８からのデー
タを、情報選択回路７４を介して与えられる判定基準デ
ータと比較し、その判別結果を出力する。

ＴＶカメラとパターン基準位置情報との組み合わせにつ
いては、次表の如く種々の場合が考えられる。

表のケース■はＴＶカメラ番番号色、判別情報へ１〜Ｄ
ｉとをまとめて対応させる例であり、同じくケース■は
同じテレビカメラで互いにその判別情報を変えて、＜タ
ーン判別を行なう例であり、またケース■〜■はテレビ
カメラ番号ｎと、判別情報Ａｉ　ｔ　Ｂｊ　ｔ　Ｃｋ　
＋　Ｄｌとを個別に対応させる例であパターンについて
、その２値化レベル基妙を変えて数回その処理を繰り返
すことにより、最適値でパターン判別することが可能と
なり、また、ケース■と■の場合のように位置情報Ｂを
変えたり、前回の艙正値を流用したりすることが可能と
なる。

また、表のケースＩの如（ＴＶ左カメラ判別情報とを組
み合わせるとともに、前述の如き選択信号の１つ（Ｓ）
を用いて次のようにすることができる。

例えば、第１図の如くカメラ２Ｌ〜２Ｎが成る搬送ライ
ンに対応して設けられている場合に、カメラ２Ｌ〜２Ｎ
のいずれかの視野に対象パターンが入った時点からパタ
ーン判別を開始し、以後は所定の順序でパターン判別を
行なうとともに、各判別結果を記憶しておくようにすれ
ば、１つの対象物パターンについて各種の判別結果が得
られるので、これらを総合してその判定を行なうことが
可能となる。つまり、１つの対象パターンを複数の領域
に分割して判別することができるので、１・〕の撮撮像
量からの信号にもとづいて判別を行なう場合に比べてそ
の画像分解能が向上し、これによって高精度のパターン
判別が可能となるものである。なお、この場合の選択信
号Ｓとしては、例えば搬送ラインの所定位置に設けられ
たセンサからの出力を用いることができる。このとき、
センサとしては１つ設けておき、その出力により順次Ｔ
Ｖ左カメラ切り換えるようにするか、またはセンサをＴ
Ｖ左カメラ対応させて所定個数設けておき、センサ出力
毎にＴＶ左カメラ切り換えるようにすることができる。

さらに、表のケース■と■の場合の如く、ウィンドウ情
報Ｃと判定基準情報りとを変えることＫより、１つの対
象パターンに対してウィンドウを重畳して発生させ、そ
の特徴抽出をより効果的に行なうことも可能である。以
下、第２図を参照してもう少し詳しく説明する。なお、
第２図はウィンドウの発生態様を説明するための説明図
である。

まず、表のケース■に示す如く、対象パターン画像Ｐ５
を２値化しきい値Ａ５により２値化し、その２値化画像
について基準位１を情報Ｂ５を用いて位置補正を行なう
。さらに１ウインドウ情報Ｃ５を用いて特徴抽出を行な
い、この特徴抽出データ毎に判別基準情報Ｄ５と比較し
てパターン判別を行なう。このとき、ウィンドウ情報に
よって、例えば第２図（イ）の如きウィンドウｗ１　、
ｗ２が形成されるものとすれば、このウィンドウを介し
て得られる画像データについてのみパターン判別が行な
われることになる０まだ、２値化しきい値Ａ５を設定し
て取り出された画像データは、画像メモリ（第１図の符
号４３参照）に格納されているので、これに対して第２
図（四）の如きウィンドウＷ３を設定して画像の特徴を
抽出し、そのパターン判別を行なうことができる。この
ときの判別情報としては、表のケース■に示されるよう
にウィンドウ情報はＣ６であり、判定基準情報鉱Ｄ６で
ある。これらの処理を外部から与えられる所定の信号を
用いて遵貌的に行なうことにより、第２図（ハ）の合成
画面のようにウィンドウｗ１．ｗ２゜Ｗ３を互いに重畳
してパターン判別ができることになる。なお、判別結果
は２つの結果を合わせたものとなること線云う迄もなく
、また、組み合わセルウィンドウの数も２つに限定され
ないのは勿論である。

こうすることにより、１つの画像パターンについて複数
のウィンドウを設定することが可能となり、判別の多様
化および精度の向上に寄与するものである。また、かか
る機能を実現するに当たってウィンドウ発生回路４５．
γノドゲート４６゜特徴抽出回路４７および特徴データ
メモリ４８はそれぞれ１回路であり、したがって、装置
が大型となって高価格となる弊害も避けられることＫな
る。

ところで、ＴＶカメラからの撮像信号は、対象物の表面
状態また唸照明条件等により部分毎にそのレベルが異な
るのが普通である。しかるに、従来は１つの２値化しき
い値により対象パターンを２値化するようＫしているた
め、両面視野内における撮像信号の部分的変化に対応で
きず、このため、その後段にて行なわれる特徴抽出処理
に少なからず影響を及ぼしている。つまり、１つの対象
パターンについて、１つの２値化レベルを設定するだけ
では必ずしも安定したｒＲｇＩ！情報を得ることができ
ない、という問題がある。

第３図はかかる観点にもとづいてなされた、この発明の
他の実施例を示す構成図である。同図にオイて％’　４
０１は２値化回路４１および２値レベルデータラッチ回
路Ｌ１からなる２値化部、４ｏ２は画像の分割および記
憶回路４０，２値化信号選択回路８Ｂおよび２値化チャ
ネルデータラッチ回路Ｌ２からなるチャネルデータ選択
部、４ｏ３は座標データ発生回路Ｇｌ、ウィンドウ発生
部Ｇ２およびウィンドウデータラッチ回路Ｌ３からなる
ウィンドウ形成部、４ｏ４はウィンドウ領域メモリ回路
Ｍ３および２値化チャネルメモリ回路Ｍ２からなるメモ
リ部、Ｍｌは２値化レベルメモリ回路、ＭＣはメモリ制
御回路であり、２１〜２Ｎはテレビカメラ、３はカメラ
選択回路、４６はアンドゲートである。すなわち、この
実施例は、端的には複数チャネルの２値化回路を設け、
これらのうちの所望のものを少なくともウィンドウ毎に
選択することにより、安定した画像情報を得ることがで
きるようにしたものである。

以下、＠３図の動作について第４図および第５図も参照
して説明する。ここに、第４図はウィンドウの発生Ｍ様
を説明するための説明図、第５図はウィンドウ情報を説
明するための説明図である。

カメラ選択回路３を介して選択されるＴＶカメラ２１〜
２Ｎからの各撮像信号は、２値化部４０１に与えられる
。２値化部４０１は複数の２値化回路４１を有し、各チ
ャネル毎に２値化しきい値が２値化レベルメモリ回路Ｍ
１および２値化レベルデータラッチ回路Ｌ１を介して設
定される。したがって、ＴＶカメラ２１〜２Ｎからの各
撮像信号は各チャネル毎に２値化され、この２値化画偉
情報が各チャネル対応に設けられた画面の分割および記
憶回路４０にそれぞれ記憶される。

ここで、例えば第４図の如き形状のウィンドウＷ４〜Ｗ
７を形成するためには、ウィンドウ領域メモリＭ３に対
して第５図（ロ）、（ハ）の如く、画面上でウィンドウ
を開くべき水平方向の座標位置データＸｕ□〜Ｘｕｉと
、同じく閉じるべき座標位置データＸ□１〜ｘ４１とを
テレビ信号のラスタ几１゜几２・・・・・・毎に格納し
ておくことが必要である。なお、第４図のＰＭはモニタ
画面であり、画面ＰＭ内の「０」印はウィンドウを開く
べき点ＯＦを、同じ＜「×」印はウィンドウを閉じるべ
き点ＣＬをそれぞれ示している。そして、これらのウィ
ンドウ情報に対して、第５図（イ）の如くメモリ回路Ｍ
２の２値化チヤネル情報ｙ１〜ｙ１を与えることにより
、ウィンドウＷ４〜Ｗ７毎またはラスタＲ１＋Ｒ２毎に
２値化しきい値レベルを指定することができる。なお、
第５図に示されるデータ２１〜ｚ１は、垂直方向の切り
換えを行なうためのデータである。ウィンドウ情報線テ
レビスキャンの水平、艦直信号と同期して発生されるが
、このときメモリ制御回路ＭＣでは、ウィンドウ情報（
ウィンドウｊ［標データｘｕ１〜ｘｕｉ　’ウィンドウ
閉座標データｘ（１１〜ｘ、）を順次ウィンドウデーク
ラッチ回路Ｌ３に送り、この座標データと、位置補正信
号ＰＤにより正規化された座標データ発生回路Ｇ１から
のデータとにより、ウィンドウ発生部ｑ２を介してウィ
ンドウの発生を行なう。これと同時に、メモリ制御回路
ＭＣは２値化チヤネル情報ｙｌ〜ｙｉもウィンドウ情報
と同様にして２値化チャネルデータラッチ回路Ｌ２に送
り、２値化信号選択回路ＳＥを介して所定の２値化画像
データの１つを選択する。以後は、アンドゲート４６に
てこれらの信号の論理積をとることにより、第１図と同
様にウィンドウ毎の特徴抽出が行なわれる。

こうすることにより、対象物の表面状態または照明条件
の如何にか＼わらず、安定した特徴抽出を行なうことが
できる。

なお、上記では１つの対象パターンについて考えたが、
このような操作を各対象パターンについて行なうことに
より、複数の対象パターンに対しても適用することが可
能となる。

〔発明の効果〕

この発明によれば、以下の如き効果を期待することがで
きる。

１）従来のパターン判別回路に対し、各種判別情報用メ
モリおよびその情報選択回路と、複数台のテレビカメラ
およびその切換回路とを付加してこれらを任意に切換え
る方式としたことにより、複数パターンの異なる基準に
もとづく判別を小型の装置で、しかも高速に行なうこと
ができる。

２）複数台のテレビカメラを接続して撮像信号の切換選
択を可能としたことにより、複数の検査ステーション（
検査ライン）に適用することができるばかりでなく、立
体的な対象物を様々の視野角度から検査することが可能
となる。

３）複数台のＴＶカメラを接続するとともに、各種のパ
ターン判別情報を記憶しておき、これらを適宜に選択可
能としたことにより、所定の選択指令を与えて多品種、
多種パターンの判別処理を行なうことができる。また、
品種の変更やラインの切換による設定値の変更が容易と
なり、したがって、ＦＡ　（Ｆａｃｔｏｒｙ　、Ａｕｔ
ｏｍａｔｉｏｎ）化および多品種混在ラインへの適応が
可能となる。さらに、１つの対象物について複数のＴＶ
カメラを介して画像パターンを得、そのそれぞれでパタ
ーン判別情報を選択してパターン判別処理を行ない、個
々の結果を総合して総合判定が可能となるので、分解能
および判別精度の向上を図ることができる。

４）多種類のパターン判別情報をそれぞれ複数個用いる
ようにしたので、ウィンドウを重畳させたり、あるいは
１つの対象パターンについて２値化しきい値を変えたり
、さらには位置補正について前回のデータを流用する等
の個々の判別情報毎の選択や、画面毎に前回と今回のパ
ターン判別結果を組み合わせてパターン判別することが
できるので、複数の対象パターンについて安定で精度の
高いパターン判別処理が可能となる。

５）２値化回路を複数チャネル設け、１つの対象パター
ンに対して少なくともウィンドウ毎に２値化レベルを選
択し得るようにしたので、対象物の形状や同一対象物の
照明による撮像信号レベルの部分的変動に対応すること
が可能となり、その結果、パターン判別の精度および安
定性が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例を示す構成図、第２図はウィ
ンドウの重畳方法を説明するための説明図、第３図はこ
の発明の他の実施例を示す構成図、第４図はウィンドウ
の発生態様を説明するための説明図、第５図はウィンド
ウ情報を説明するための説明図である。 符号説明 １１．１２・・・・・・対象バタ、−ン、２１〜２Ｎ・
・・・・・テレビカメラ、３・・・・・・カメラ選択回
路、４・・・・・・パターン判別回路、５・・・・・・
パネル設定部、６・・・・・・情報選択制御回路、７（
７１〜７４）・・・・・・情報選択回路、８（８１〜８
４）・・・・・・情報メモリ、４１・・・・・・２値化
回路、４２・・・・・・画面分割回路、４３・・・・・
・画像メモリ、４４・・・・・・画像位置検出・補正回
路、４５・・・・・・ウィンドウ発生回路、４６・・・
・・・アントゲ−）、４７・・・・・・特徴抽出回路、
４８・・・・・・特徴データメモリ回路、４９・・・・
・・判別回路、４０・・・・・・画像の分割および記憶
回路、４０１・・・・・・２値化部、４０２・・・・・
・チャネルデータ選択部、４０３・・・・・・ウィンド
ウ形成部、４０４・・・・・・メモリ部、ＬＩＮＬ３・
・・・・・ラッチ回路、Ｍｌ〜Ｍ３・・曲メモリ回路、
ＭＣ・・・・・・メモリ制御回路、Ｇｌ・・・・・・座
標データ発生回路、Ｇ２・・・・・・ウィンドウ発生部 代理人　弁理士　並　木　昭　夫 代理人　弁理士　松　崎　　　　清 第　２　■ （イ） ７　　ＰＨ ／　　　ｔ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）互いに異なる角度から対象パターンを撮像する複数
   の撮像手段と、所定の指示にもとづいて該撮像手段を順
   次選択する選択手段と、選択された撮像信号を所定のし
   きい値レベルで２値化する２値化手段と、撮像画面にお
   ける対象パターン。 相対的位置を検出しこれの所定基準位置からの補正量を
   求める位置補正手段と、該補正量にもとづいて所定のウ
   インドウ情報を修正して２値化画像の観測領域（ウイン
   ドウ）を形成するウインドウ形成手段と、該ウインドウ
   内で対象パターンの画像特徴量を抽出しこれを所定の判
   定基準と比較してその判別を行なう判別手段と、前記２
   値化しきい値、基準位置、ウインドウおよび判定基準の
   各情報をそれぞれ複数種類ずつ記憶する記憶手段と、該
   記憶された個々の情報を所定の指示にもとづいて読み出
   し対応する前記各手段に与える情報分配手段と、該情報
   分配手段および前記選択手段に対してそれぞれ所定の指
   示を与える指示手段とを備え、前記撮像手段と判定のた
   めの各種情報とを適宜に組み合わせて対象パターンの判
   別を行なうことを特徴とするパターン判別装置。 ２）前記指示手段を介して撮像手段の選択順序を指示す
   ることにより、所定の順序で対象パターンの判別を行な
   うことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載のパタ
   ーン判別装置。 ３）前記ウインドウ情報を適宜に組み合わせることによ
   り互いに重畳したウインドウ領域を形成することを特徴
   とする特許請求の範囲第１項または第２項のいずれかに
   記載のパターン判別装置。 ４）前記２値化手段を複数チヤネル設けることにより、
   １つの対象パターンについて少なくともウインドウ毎に
   異なる２値化レベルを設定して２値化画像の抽出を可能
   にすることを特徴とする特許請求の範囲第１ないし第３
   項のいずれかに記載のパターン判別装置。